Kết cấu tính toán ô tô

Kết cấu tính toán ô tô

Thuyết minh: thiết kế môn học

Kết cấu tính toán ôtô

A/ Phần mở đầu

Ngày nay do nhu cầu giao thông đô thị nói chung và nhu cầu vận tải hàng hoá hành khách nói riêng trong hệ thống đờng bộ là rất lớn

Nớc ta nhiều năm trớc đây số lợng xe ôtô tải chủ yếu đợc nhập

về là xe của liên xô và xe của các nớc trong khối xã hội chủ nghiã với số lợng và chủng loại còn hạn chế Trong thời gian gần đây phù hợp với nhịp điệu phát triển chung của ngành vận tải ôtô trong nớc đã có nhiều chuyển biến tích cực , nhiều hãng xe liên doanh trong nớc đã cho ra đời nhiều kiểu mẫu xe vận tải nhỏ rất phù hợp với môi trờng cũng nh mạng lới giao thông của nớc ta Lây ví dụ

nh các hãng xe của Mỹ , Hàn quốc , Trung quốc

Việc có nhiều hãng xe trên thị trờng đã gây không ít khó khăn cho việc khai thác sử dụng và bảo dỡng kĩ thuật Việc đi sâu nghiên cứu tìm hiểu về sử dụng và khai thác và tiến tới thiết kế chế tạo ôtô

là việc làm cần thiết với đề tài thiết kế hệ thống treo trên xe tải nhỏ loại phụ thuộc lò xo cầu sau chủ động , em đã phần nào khái quát lên đợc các bớc tính cụ thể và thực hiện đợc các bản vẽ tổng thể của hệ thống treo Đó cũng là hai yếu tố cơ bản của đề tài

II Nhiệm vụ

Thiết kế hệ thống treo của ôtô với các số liệu ban đầu :

III Yêu cầu

-Thuyêt minh từ 15 – 20 trang soạn thảo trên máy vi tính

- Một bản vẽ Ao láp ráp hệ thống treo

- Thuyết minh làm trên khổ A4 , đánh máy , cơ chữ 14

B Trình tự thiết kế

I, Công dụng phân loại hệ thống treo.

- Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi giữa khung hoặc vỏ xe với các cầu( các bánh xe) của ôtô Nhiệm vụ của hệ thống treo làm giảm tải trọng động và dập tắt các dao động của bộ phận đợc treo

Hệ thống treo của ôto bao gồm:

- Bộ phận dẫn hớng: Xác định động học chuyển động của bánh xe, và truyền các lực kéo, lực phanh, lực bên và các mô men phản lực của chúng lên khung và vỏ xe

- Các phần tử đàn hồi nhận và truyền lên khung (vỏ ) các lực thẳng

đứng của đờng Làm giảm tải trọng động khi xe chạy trên đờng không bằng phẳng đảm bảo tính năng êm dịu của ôtô

- Bộ phận giảm chấn dùng để dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏ sinh ra do mặt đơng không bằng phẳng

2,Phân loại:

a, Theo sơ đồ bố trí bộ phận dẫn hớng:

- Loại treo phụ thuộc với cầu liền( loại đơn giản, loại thăng bằng)

- Loại treo độc lập với cầu cắt( loại bánh xe dịch chuyển trong mặt phẳng dọc, mặt phẳng ngang, trong hai mặt phẳng và loại nến)

b,Theo phần tử đàn hồi

- Bằng kim loại (lá nhíp, lò so xoắn, thanh xoắn)

- Loại khí (bầu cao su sợi, bầu màng, loại ống)

- Loại thuỷ lực, thuỷ khí

- Loại cao su (nén, xoắn)

c,Theo phơng pháp dập tắt dao động

- Loại giảm chấn thuỷ lực (tác dụng một chiều và hai chiều)

- Loại giảm chấn ma sát

3,Yêu cầu :

- Đảm bảo cho ôtô có tính năng êm dịu tốt khi chạy trên đờng cứng và bằng phẳng

- Đảm bảo cho xe chạy với tốc độ giới hạn khi chạy trên đờng sấu mà không có va đập lên các ụ đỡ

- Đảm bảo đúng động học của bánh xe dẫn hớng khi chúng dao động trong mặt phẳng thẳng đứng

- Dập tắt nhanh các dao động của thùng và vỏ xe

2

- Giảm độ nghiêng bên của thùng xe khi xe quay vòng.

1) Tính toán độ cứng của HTT

Độ cứng của HTT đợc hiểu là tải trọng cần đặt lên hệ thống để

biến dạng của nó bằng đơn vị

Trong đó: ZT: tải trọng tĩnh đè lên các cầu

ZT :tải trọng tĩnh đè lên cầu trớc

ZT2: tải trọng tĩnh đè lên cầu sau

fT : độ võng tĩnh ứng với tải trọng tĩnh

Với Ôtô tải fT = 120 (mm)

Để Ôtô chuyển động êm dịu không có dao động lắc dọc thì tỷ số giữa

độ võng tĩnh của HTT trớc và sau phải thoả mãn:

Xetải

Vây: fTt = 120 mm

fTs =144 mm

G A

2

* 4

=

) / ( 04 , 122 144

5 , 1757 2

2

Zt

Zt

Trong hành trình động fđ ( là dịch chuyển của bánh xe từ vị trí tĩnh đến

vị trí giới hạn trên khi ụ hạn chế hành trình biéen dạng hết)

fđ phụ thuộc vào độ võng tĩnh f t

Ôtô tải : fđ = 1.0 ft

2 , 1

1 −

=

T Tt

Ts

f f

) ( 5 , 992 2

1985 2

1

T = = =

T

T

f

Z

C =

) ( 5 , 1757 2

3515 2

2

T = = =

- Câu trỡc fđt = 1,0 120 = 120 mm

Hệ số tải trọng K đ của hệ thống treo

Đối với xe tải : K đ = 2

- Là đồ thị biểu hiện quan hệ hàm số giữa hành trình thẳng đứng của bánh xe h và biến dạng của lò xo flx

- Ta xây dựng đồ thị hàm số (h-f) bằng phơng pháp hoạ đồ

Các thông số chọn :

Nhận xét khi xe vợt chớng ngại vật ( bánh xe sau) nâng lên khỏi mặt đất một đoạn là h1

Tâm trục cầu sau nằm trên đờng thẳng nối hai khớp quay có chuyển

động song phẳng

Với các thanh đãn động là AB hoặc CD Khi đó ngoài chuyển vị thẳng

đứng là ∆ hđ thì tâm cầu ( bánh xe) còn có chuyển vị theo phơng dọc là

∆hd

f2 ,, , f10 = 10 mm

, , h10 = 10 mm

Dựng đợc đồ thị f - h

Trong đó: Z: phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe

P: lực tác dụng lên lò xo

h hành trình thẳng đứng của bánh xe

f: biến dạng của lò xo

4

Với độ cứng là C = 122,04 N/mm ⇒ tơng ứng với các biến dạng ∆f1;

∆f2; ∆f3 ta tính đợc lực tác dụng lên lò xo:

P1 = 0

P2= ∆f2.C = 1,22 KN

P3= (∆f2 + ∆f3).C = 2,44 KN

P4= (∆f2 +∆f3 +∆f4).C = 3,66 KN

P5=(∆f2 +∆f3 +∆f4 +∆f5).C = 4,88 KN

P6=(∆f2 +∆f3 +∆f4 +∆f5 +∆f6).C = 6,1KN

Lập bảng số liệu

∆fI

(mm)

Pi

∆f1=

0

∆f2 =

10

∆f3 =

10

∆f4 =

10

∆f5 =

10

∆f6 =

10

∆h1

= 0

∆h2

= 10

∆h3

= 10

∆h4

= 10

∆h5

= 10

∆h6

= 10

P1 = 0

P2 = 1220

P3 = 2440

P4 = 3660

P5 = 4880

P6 = 6100

Z1= 0

Z2 = 1220

Z3 = 2440

Z4 = 3660

Z5 = 4880

Z6 = 6100

Lò xo là bộ phận đàn hồi để nối mềm giữa bánh xe và thùng xe , nhằm

đảm bảo êm dịu cho thùng xe khi đi trên các loại địa hình mấp mô Nếu cùng một độ cứng và độ bền thì lò xo trụ có trọng lợng nhẹ hơn nhíp

Năng lợng biến dạng đàn hồi riêng của lò xo trụ:

G A

2

* 4

1 τ

=

Lò xo tỵu cũng có tuổi bền lớn hơn nhíp và khi làm việc giữa các vành

lò xo không có

ma sát nh giữa các lá nhíp Nhợc điểm của lò xo là nó chỉ làm việc đợc

ở nhiệm vụ đàn hồi còn các nhiệm vụ đẫm hớng và giảm chấn thì phải

do các bộ phận khác đảm nhận ( các thanh ổn định dọc và ngang ) Vì vậy nếu kể chung cả hai bộ phận thì lò xo trụ lại phức tạp về kết cấu và

sử dụng so với HTT loại nhíp

Chọn vật liệu làm là thép hợp kim 60C2XA

Có ứng suất xoắn cho phép [τ] = 750 (N/mm2 )

căn cứ vào tải trọng phân bố lên cầu sau Ga2 = 17575 N ứng với hai lò xo Vậy lực tác dung lên một lò là : 8787,5 N

120

5 ,

8787 =

=

C

Độ võng tĩnh của lò xo :ft = 120( mm) Chọn sơ bộ hệ số đờng kính lò xo:

đợc hệ số hình dạng tiết diện và độ cong của lò xo là K = 1,24 Trong đó:

D : đờng kính trung bình của lò xo d- đờng kính dây lò xo

D = Y d = 6.15 = 90 (mm)

- Môdun cản trợt của lò xo:

G = 8.104 (N/mm2)

- Số vòng làm việc của lò xo:

6

) ( ] [

6

.

1 K FmaxY mm d

τ

ì

≥

) ( 95 , 14 750

6 5 , 8787 24 , 1 6

.

⇔

9 5 , 8787 6 8

120 15 10 8

.

8

.

3 4

=

P Y

f d G

- Khoảng làm việc của lò xo dới tác dụng của lực tĩnh.

X = fT =120 (mm)

⇒τ < [τ]⇒ đủ điều kiện bền

n0 = n + 0,75 = 9,75 vòng

δmin = (0,1 ữ 0,3).d = (1,5 ữ 4,5) (mm)

⇒ Chọn δmin = 2 (mm)

- Vì mỗi đầu mút của lò xo chịu nén đợc mài bằng 3/4 vòng nên chiều cao của lò xo lúc các vòng xít vào nhau:

Hmin = (n0 - 0,5).d = (9,75 - 0,5).15

Hp = Hmin + δmin.n = 138,75 + 2.9 = 156,75 (mm)

H0 = Hp + fT 1= 156,75 + 120 = 276,75 (mm)

2 3

3

15 14 , 3

90 5 , 8787 8 24 , 1

.

.

8

mm N d

D P

Π

=

τ

3 90

75 , 276

0 = ≤

D

H

) ( 67 , 29

120 1 , 1 15 ).

2 , 1 1 , 1

d

5 Tính giảm chấn

Giảm chấn có công dụng dập tắt một cách nhanh chóng dao động của các khối lợng đợc treo bằng cách biến năng lợng dao động thành nhiệt

và toả ra môi trờng xung quanh

II,Sơ đồ nguyên lý làm việc giảm chấn ống:

-Nguyên lý làm việc giảm chấn thuỷ lực: chất lỏng bị dồn từ buồng chứa này sang buồng chứa khác qua các van tiết lu rất bé nên chất lỏng chịu sức cản chuyển động rất lớn Sức cản làm dập tắt nhanh các chấn

động và năng lợng dao động dao động bị mất biến thành nhiệt năng nung nóng chất lỏng chứa trong giảm chấn

Tuỳ theo mức độ dao động mạnh yếu của xe mà có các trạng thái làm việc của giảm chấn

Nén nhẹ

Vận tốc piston nhỏ

Trả nhẹ

Nén mạnh

Vận tốc piston lớn Trả mạnh

A_ Nén nhẹ:

Khi nén nhẹ ( VPiston nhỏ) chất lỏng từ khoang B lên khoang A qua lỗ 6

và một phần chất lỏng đi ra khoang C qua lỗ 12

8

B Nén mạnh.

6,12 đợc mở nh ở nén nhẹ , dầu còn qua lỗ 9

C Trả nhẹ Khi trả nhẹ, chất lỏng từ khoang Aqua lỗ 15 xuống Bvà chất lỏng lại từ khoăng C qua lỗ 8 vào khoang B

D, Trả mạnh

Ngoài đờng dầu đi nh trả ở nhẹ áp lực dầu đẩy mở van một chiều 7 và dầu đi từ khoang A sang khoang B qua lỗ 13

Đờng đặc tính của bộ giảm chán loại thuỷ lực là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực tác dụng lên piston của bộ giảm chấn Pa và tốc độ chuyển dịch tơng đối của piston so với xilanh của nó: ( Va )

P K .V n(N)

a a

n – Số mũ trạng thái , n = 1 ữ 2

Trên đây trình bầy dạng đờng đặc tính của bộ giảm chấn thuỷ lực tuyến tính

không đối xứng ,nghĩa là hệ số lực cản khác nhau ở hành trình nén và trả

Pan = Kan Van

Pat = Kat Vat

Van giảm áp hành trình

mở Van giảm trả

áp cha mở

Va

hành trình

nén

Van giảm áp Van giảm áp mở cha mở

Van Vat

Tốc độ Van Vat khi van giảm áp bắt đầu mở, thờng lấy trong giới hạn 0,3

ữ0,52 m/s Chọn Van = Vat = 0,45 m/s Còn Kn , Kt tính chọn theo điều kiện êm dịu

b, Tính chọn hệ số lực cản của bộ giảm chấn

Hệ số dập tắt dao động tơng đối :

Trog đó:

K hệ số lực cản quy dẫn của bộ giảm chấn đặt trong hệ thống treo (

1

. −

m s

ψ : hệ số dập tắt dao động

C : Độ cứng hệ thống treo , C = 122,04 (N/m)

Gtr: trọng lợng đợc treo trên một bánh xe

2

1

2 G G

tr

−

=

Ga2 Trọng lợng phân lên cầu sau khi toàn tải

g Gia tốc trọng trờng g = 9,8 m/s2

10

) 1 (

.M

C

K

=

ψ

G1 =

2 2

2 cd

bx cs

G G

G + +

) ( 5 , 173 2

2

18 35 2

268

5 , 173

Tõ biÓu thøc (1) ta cã :

144 , 0 13 , 3

10 75 , 1670 2 , 0

13

,

3

.

=

=

Ψ

f

G tr

Ns/m

HÖ sè lùc c¶n tÝnh cho hµnh tr×nh nÐn

6 , 1607 5

, 2 1

3 , 2813 2 1

.

2

= +

=

+

=

α

K

HÖ sè lùc c¶n tÝnh cho hµnh tr×nh tr¶

4019 6

, 1607 5 , 2

= n

α : hÖ sè tû lÖ , chän α = 2,5

lùc c¶n cña gi¶m chÊn :

ψ = 0,15 ÷ 0,25 chän ψ = 0,2

-Lùc c¶n cña gi¶m chÊn trong hµnh tr×nh tr¶:

Z1 = Kt1 Vat = 4019 0,45 = 1808,55 N

Lùc c¶n cña gi¶m chÊn trong hµnh tr×nh nÐn:

Z2 = Kn Vn = 1607,6.0,45 =723,42 (N)

TÝnh to¸n kÝch thíc gi¶m chÊn

*TÝnh kÝch thíc:

Dùa vµo sù c©n b»ng n¨ng lîng c«ng cña c¸c lùc c¶n trong gi¶m chÊn

sÏ biÕn thµnh nhiÖt:

Hay:

2

).

( 2

2

2 1 2

1V Z V K K V

Z

) (Ư

7 , 569 )

3 , 0 ( 2

6 , 1607

W

Công L do giảm chấn tiêu thụ trong một giờ:

L = Nt t = 569,7 3600 = 2050895,7 (N.m)

Toàn bộ công này biến thành nhiệt làm nóng giảm chấn và toả ra môi tr-ờng

L = α.F(Tgmax - Tb).t

α: Hệ số truyền nhiệt Chọn α = 60.1,16 (W/m2độ)

Tgmax: Nhiệt độ cho phép vỏ ngoài giảm chấn khi làm việc liên tục trong một giờ chọn Tgmax = 125 0C

Tb : Nhiệt độ môi trờng, chọn Tb = 30 0C

t : thời gian làm việc một giờ : 3600 (s)

Cân bằng nhệt sinh ra và nhệt toả ra môi trờng có phơng trình:

Đối vơi giảm chấm ống:

F = π.D(D/2 +lg) , D: đờng kính ngoài của xi lanh (m)

lg: chiều dài phần chứa dầu (m), chọn lg = 0,321 (m), đợc xác

định theo điều kiện kết cấu

Nghiệm: D = 0,05 (m)

Đờng kính trong của xilanh làm việc : dt

Đờng kính ống ngoài của xi lanh điền đầy:

D = 1,1.D1

Đ1 : đờng kính ống trong của xi lanh điền đầy

D1 =( 1,25 ữ 1,5) d t

12

t T T

F t V K K

b

g ).

( 2

).

(

max

2 2

2 2

max

2 2

) 30 120 ( 6 , 1 50 2

25 , 0 ).

621 249 ( ) (

2

) (

m T

T

V K K

F

b g

=

−

+

=

−

+

=

⇒

α

0 001888 ,

0 23 , 0 14 , 3 2

14 , 3 0

.

2

2

Π

Chọn D1 = 1,4 d t =1,4 30 = 45 mm

Vởy D = 1,1.45 = 50 mm

Căn cứ vào độ võng tĩnh và động của cầu sau : ft = 140 mm , ta chọn hành trình làm việc của giảm chấn Hp sao cho Hp > ft

Từ các kích thớc cơ bản ta chọn các kích thớc cụ thể của giảm chấn:

Trong đó Lk chiều dài kết cấu của giảm chấn

Lk = Σ Li

Ly = (0,75  1,5) dt , chọn Ly = 0,75 dt = 22,5 mm

Lc = ( 0,4  0,9) dt , , chọn Lc = 0,5 dt = 15 mm

Lo = ( 0,75  1,1) dt , chọn Lo = 0,75 dt = 22,5 mm

Lm = (1,1  1,5 ) dt = ,chọn Lm 1,2 dt = 36 mm

Đờng kính thanh đẩy (trục piston)

dt = 0,5 dp = 15 (mm)

* Tính toán kích thớc lỗ van

Lợng chất lỏng piston đẩy đi trong một giây:

trong đó Zt : vận tốc piston

FP : diện tích piston

Lợng chất lỏng qua lỗ van trong một giây

,

. t

P Z

F

Q =

Trong đó à0 : hệ số tiêu tốn: chọn à = 0,7

fv : diện tích lỗ van

γ: trọng lơọng riêng của chất lỏng , lấy γ = 9.10-7 kg/cm2

P : áp suất của chất lỏng

g : gia tốc trọng trờng

phơng trình:

Lực cản của giảm chấn

Để đảm bảo đờng đặc tính là tuyến tính :

Zg = K.Zt = A.Zt2

14

γ

à f g P

Q v = 0. v. 2 .

v

t P v

t

p

f g

Z F P P g f

Z

F

0

2 , 2 0

,

2

.

2

.

à

γ γ

=

2 2 0

2 , 2 2

,

2

.

.

v

t p t

p

g

f g

Z F Z

A P F

Z

à

γ

=

=

=

K = A.Zt,

Suy ra :

Thay sè : γ = 9.10-7 kg/m3

g = 9,8 m/s2

Zt = 0,3 m/s

µ = 0 , 6

K = 2813 ,3 Nm/s

l

2 2 0

, 3 2

.

v

t P

f g

Z F K

µ

γ

=

K g

Z F

v

2

2 0

, 3

µ

γ

=

2 2

2

3 2 7

2

0

, 3

5 005 , 0 3

, 2813 6 , 0 8 , 9 2

3 , 0 ) 14 , 3 0188 , 0 (

10 9

.

2

.

.

mm m

K g

Z

F

− µ

γ